紫禁城琉璃瓦的智慧
故宫建筑上闪闪发光的琉璃瓦。周乾摄
作为世界文化遗产的紫禁城，有着无数吸引公众向往的魅力，而其中主要表现方式之一，就是金碧辉煌壮丽无比的琉璃瓦顶。琉璃亦作“瑠璃”，是用各种颜色的人造水晶为原料，在高温下烧制而成的工艺品，古人也叫它“五色石”。我国古人早在西周时期就具有琉璃制作技术，而在西汉时期就出现了烧造建筑琉璃的制品，并逐渐应用到了皇家宫殿和庙宇建筑中，在明清时期已得到全面充分的应用。琉璃瓦与普通陶瓦都是用黏土为主要原料，经过原料处理，成型，干燥后，再在高温下烧成。但琉璃瓦还在瓦胎体表面施加釉料，并进行第二次烧制以获得光亮而又牢固的釉面层。从化学成分来看，琉璃瓦的主要成分有氧化铅、二氧化硅、氧化铜等。其中，氧化铜是呈色剂，它采用铅丹作助熔剂，主要着色剂是煤、铜、锰、钴等金属氧化物，在氧化气氛中烧成，铁使釉呈黄色，铜使釉呈美丽的翠绿色，锰使釉呈紫色，以形成丰富的色彩。紫禁城在明代建造之初，其屋顶就使用了以黄色为主的各色琉璃瓦。
紫禁城屋顶上的琉璃瓦的使用，有着多方面的科学性。
首先，琉璃瓦有利于提升建筑安全。防水性是琉璃瓦的重要特性，也是琉璃瓦取代普通陶瓦的主要原因。宋朝文学家何薳在《春渚纪闻》卷九《记砚·铜雀台瓦》有这样一段关于琉璃瓦的描述：“相州魏武帝故都，所见铜雀台。其瓦初用铅丹，杂胡桃油捣之治，火之，取其不渗，雨过干耳”。这说明当时对琉璃瓦的使用，正是利用其不渗水、雨后干燥快、不会增加瓦顶重量等优点。我国古建筑屋顶的材料一般包括琉璃和陶瓦两种。普通陶质瓦又称“布瓦”，其质地粗糙，吸水性强。我国的早期古建筑，其瓦顶一般使用陶瓦。雨雪天气时，瓦片容易吸收大量的水。对于宫殿建筑而言，其一般体量大，瓦的尺寸大，相应吸水多，这无疑在雨雪时期大大增加了屋顶的重量，威胁建筑物的安全。于是古人开始寻找替代普通陶瓦的建筑材料，使得大型宫殿建筑的瓦顶不吸水，而琉璃瓦相应运用而生。琉璃瓦表面施釉，不会吸水，因而不会增加屋顶的重量，从而保护了建筑的安全。正是因为这种原因，琉璃瓦在古建筑尤其是宫殿建筑的屋顶得到了广泛的应用。
其次，琉璃瓦有利于保持建筑恒温。紫禁城的建筑冬暖夏凉，有着多种措施，而琉璃瓦的使用，则是其中的主要方式之一。琉璃瓦属于隔热性能好的建筑材料，其除了具有较好的强度外，还具有热阻大、导热系数小的特性。琉璃瓦的导热系数和导温系数都比较小。导热系数小，则屋外与屋内的热量交换少；导温系数小，则屋外低温不易传至屋顶内，屋顶内的温度波动幅度小。不仅如此，琉璃瓦表面涂有光亮的釉层，具有较好的光泽度，可以反射太阳光线，避免阳光直射瓦面造成的剧烈升温。琉璃瓦的上述特性有利于反射夏天的太阳光，亦有利于阻隔冬天的寒气渗入，因而有利于保持建筑内部的恒温。
再次，琉璃瓦有利于防止瓦件风化。普通陶瓦容易在空气中风化。所谓瓦的风化，即暴露在空气中的瓦件在外部因素作用下，表面逐渐出现粉末状或开裂状的现象。研究表明：盐分结晶是普通陶瓦破坏的主要原因。雨水降落到普通瓦屋顶后，沿着瓦的孔隙渗入，使瓦中的湿气增加，逐渐充满瓦件内部。由于风吹、光照等因素，普通陶瓦中的湿气会蒸发于大气中，而可溶盐无法蒸发而只能滞留于瓦的表面，并产生膨胀力，使得普通瓦变成碎块或粉末。与普通陶瓦不同，琉璃瓦不存在风化的问题，能够长久保持完好。其主要原因在于瓦的胎体表面有釉面层。该釉面层相当于提供了一个保护层，阻止了空气中各种成分尤其是水分的侵入。由于釉面层本身光滑且不吸水，当雨水落到釉面瓦上时，一方面，釉面层的封闭性使得空气中的水分无法渗入胎体；另一方面，琉璃瓦表面光滑，且在屋顶上有着明显的排水坡度，因而水流能够顺着瓦面迅速排向地面；基于以上两种因素，瓦件很快保持了干燥，因而不会渗水，避免了风化的产生。
最后，琉璃瓦有利于屋面保持洁净。紫禁城的琉璃瓦顶通常是明亮而有洁净的。在紫禁城的屋顶上，很少看见有鸟粪，其主要原因在于琉璃瓦本身的光滑、明亮及鲜艳的色彩。琉璃瓦表面比较光滑，而鸟类的站立主要靠爪子和接触面之间的摩擦力来实现，若飞行的鸟类落在瓦顶上休息，其不能在光滑的瓦顶上坚持较长时间，很快就会飞走，因而很少会在瓦面上排泄。琉璃瓦有着明亮的光泽，尤其在太阳下会闪闪发光，而鸟类害怕连续反光的物体，因而很少愿意落在琉璃瓦顶上歇息。紫禁城的琉璃瓦多为鲜艳的黄色，而大面积的鲜艳色彩对鸟类而言会产生较强的刺激效果，使得鸟儿避而远之。此外，即使偶尔有鸟粪落在瓦顶，由于紫禁城的屋面坡度明显，而琉璃瓦本身不吸水，雨水降落到瓦顶上时，能够沿着瓦当迅速排向地面，因而紫禁城屋顶的琉璃瓦面通常是非常洁净的。对于帝王执政生活的紫禁城建筑群而言，这也在某种程度上节约了清理瓦面的所需的劳力，进而有利于保护皇帝的隐私和安全。
紫禁城屋顶采用琉璃瓦，不仅具有科学性，还能丰富建筑立面效果，突出建筑的功能。我国古建筑专家林徽因女士认为，“本来轮廓已极优美的（古建筑）屋宇，再加以琉璃色彩的宏丽，那建筑的冠冕便几无瑕疵可指”，可充分说明琉璃瓦的装饰功能。从功能上讲，紫禁城里的琉璃瓦多用黄色，而在古代，黄色正是皇权的体现。大面积的黄色琉璃瓦使得整个紫禁城呈现出金碧辉煌的气派，体现了皇家宫殿的壮丽和皇权的威严。其它颜色的琉璃瓦亦可反映建筑的功能，如蓝色的琉璃瓦寓意祭天，绿色的琉璃瓦寓意园林，黑色的琉璃瓦寓意防火等。可以说，琉璃瓦是我国古代科技在建筑上的运用体现，亦能反映我国古建筑丰富的艺术和文化。（作者系故宫博物院研究馆员）